电子行业：苹果采用，ToF技术商用加速.pdf

深度报告 【行业证券研究报告电子行业 苹果采用，ToF技术商用加速 事件 苹果发布新款iPad Pro，后置dTOF 3D深度相机，华为P40也采用后置ToF相机。 核心观点 ToF 相机在手机后置应用中前景广阔：相机创新是消费者选购手机的重要因素。3D深度相机突破相机二维限制，成为相机重要的创新之一。2017年苹果iPhone X采用结构光开启了3D深度相机的元年。根据Yole报告，2018年3D传感市场规模为 37 亿美元，2023 年将为 186 亿美元，CAGR 为 38%。其中增长最快的属于消费电子，将由2018年的18亿美元增长至2023年的138亿美元，CAGR超过50%。ToF具备结构简单、模组尺寸更小、探测距离更远、材料成本更低等优势，在手机的后置场景更有优势，并在少数安卓旗舰机型获得应用。 苹果 3D dToF加速ToF技术成熟：苹果新款iPad Pro搭载3D dToF技术，相比其他厂商采用的3D iToF技术具有诸多优势，有望加速ToF应用的成熟。dToF技术要求更高，测量精度更高。dTOF需要采用高精密时钟进行测量且需要产生短时间、高频率、高强度的激光，对硬件的要求较高。其优点也比较显著，省电、成像速度高，由于发射端能量较高，所以一定程度上降低了背景光的干扰，探测更远的距离。当前，ST和AMS的1D ToF基本采用dToF技术，而安卓厂商的3D ToF全部采用iToF技术。 AR 生态逐步完善，促进 ToF 共成长:苹果 ARKit、谷歌 ARCore、华为Cyberverse数字平台极大地降低了AR应用软件的开发难度，推动了AR生态发展。ARKit、ARCore等打破AR硬件和软件相持的困局后，AR的成长空间已被打开，未来将是一个硬件和内容相互推动升级的过程，ToF将先在手机、平板等现有硬件上获得广泛应用，后续也将在AR眼镜、头盔等新型硬件上应用。据IHS Markit的报告，2018年全球TOF sensor市场规模为3.7亿美元，2019年其市场规模同比增长35%，达到5亿美金。基于TOF方案的多方面优势，尤其是成本优势，预计2022年，TOF sensor市场规模有望达到15亿美金。 投资建议与投资标的 ToF深度相机主要包含方案厂商、发射端（VCSEL激光器、光学器件）、接收端（包括ToF sensor、滤光片和镜片）、模组组装。建议关注汇顶科技、三安光电、韦尔股份、欧菲光、水晶光电、联创电子等产业链相关公司。 风险提示 TOF 技术研发进展不及预期，将会影响下游终端需求。国内 TOF 产业链厂商面临国外厂商的激烈竞争，行业格局依然存在不确定性。若结构光技术取得突破性进展，将会抢占TOF技术市场 Table_BaseInfo 行业评级 看好 中性 看淡 (维持) 国家/地区 中国 行业 电子行业 报告发布日期 2020年04月06日 行业表现 资料来源：WIND、东方证券研究所 证券分析师 蒯剑 021-63325888-8514 kuaijianorientsec 执业证书编号：S0860514050005 证券分析师 马天翼 021-63325888*6115 matianyiorientsec 执业证书编号：S0860518090001 联系人 唐权喜 021-63325888-6086 tangquanxiorientsec 相关报告 服务器市场回归增长态势，疫情加速趋势进程： 2020-03-02 小米有望引爆GaN在手机快充应用： 2020-02-16 低功耗蓝牙音频加速TWS耳机市场增长： 2020-01-12 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 苹果采用， 技术商用加速 目 录 1. 深度3D相机具有立体视觉，迎来快速发展 . 4 2. 3D ToF技术优势突出，后置前景广阔 . 7 3. 苹果3D dToF加速ToF成熟 . 11 4. AR生态逐步完善，促进ToF共成长. 12 5. ToF产业链及投资建议 . 17 6. 风险提示 . 18 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 苹果采用， 技术商用加速 图表目录 图1：第四代iPad Pro搭载了TOF相机 . 4 图2：搭载TOF的iPad Pro新增多项功能 . 4 图3：新款iPad Pro具有丰富AR功能 . 4 图4：ToF技术路线图 . 5 图5：手机摄像机功能成为消费者最为关注的因素 . 6 图6：3D深度相机是相机创新的一大重要方向 . 6 图7：全球5G商用时代开启 . 7 图8：2018-2023中国AR/VR支出规模预测 . 7 图9：3D传感技术市场规模快速增长（百万美元） . 7 图10：3D TOF和结构光技术对比 . 8 图11：TOF在较深的范围内误差保持不变 . 8 图12：TOF模组更小 . 9 图13：TOF技术优势更明显 . 9 图14：iPad Pro 2020的dToF与iPhone结构光发射红外光对比 . 10 图15：TOF传感技术的应用场景 . 10 图16：TOF相机应用于少数安卓旗舰机型 . 11 图17：3D深度相机分类 . 11 图18：dToF与iToF技术对比 . 12 图19：基于iOS的ARKit应该场景逐步丰富 . 13 图20：iPad pro的TOF相机提供真实流畅的AR游戏体验 . 13 图21：iPad Pro的TOF相机提供逼真的AR在线游戏体验 . 13 图22：具备TOF相机的iPad pro能实现更高效的学习和工作 . 14 图23：基于Android的ARCore应用场景逐步丰富，3D应用成为新亮点 . 14 图24：ARCore 1.7新增AR自拍功能 . 15 图25：华为Cyberverse智慧导航. 15 图26：华为Cyberverse智慧楼宇. 15 图27：AR生态发展加速ToF应用 . 16 图28：TOF占整个3D sensing市场份额比例 . 17 图29：消费电子TOF产业链结构 . 18 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 苹果采用， 技术商用加速 1. 深度3D相机具有立体视觉，迎来快速发展 2020年3月18日苹果发布了新的iPad Pro，搭载3D dToF技术（苹果称为LiDAR），在纳秒的极短时间内测量室内或室外环境中从最远五米处反射回来的光子。LiDAR 与 Pro 级摄像头、运动传感器和iPadOS内的架构协同合作，硬件、软件与突破性创新技术的结合，为AR增强现实及更广泛的领域开启无尽可能。 图1：第四代iPad Pro搭载了TOF相机 图2：搭载TOF的iPad Pro新增多项功能 数据来源：苹果、东方证券研究所 数据来源：TechInsights、东方证券研究所 TechInsights发现，iPad Pro采用索尼ToF sensor，像素为0.03MP，像素尺寸为10um。 图3：新款iPad Pro具有丰富AR功能 数据来源：苹果、东方证券研究所 发射端: VCSEL阵列 接收端: 感光芯片 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 苹果采用， 技术商用加速 苹果新 iPad Pro 配备了大量增强现实类功能，真实感强烈：能即时完成放置虚拟物体，具有逼真的物体遮挡效果，可让虚拟物体在现实场景结构中前后穿插。动作捕捉和人物遮挡效果也经过优化，精准度更高。新款iPad Pro还能实现身高测量、AR游戏、AR装修、丰富视频动画等。媒体报道，即将在今年9月发布的iPhone 12系列手机也有望采用3D TOF技术。 相比此前安卓手机厂商采用的3D iToF技术，苹果采用的3D dToF技术响应快、功耗低、功能完善。此外，当前只有较少的应用 app 支持 ToF 技术，苹果的采用有望加速 ToF 生态的建设，让ToF的渗透率快速提升。 图4：ToF技术路线图 数据来源：意法、松下、索尼、英飞凌、互联网、东方证券研究所 相机创新是消费者购买手机最大动力之一。相机创新是消费者选购手机的主要考虑因素之一。根据中关村在线2019Q1发布的报告，在处理器、相机、屏幕、游戏体验等诸多方面，相机功能是消费者最为关注和看重的，占据 29%的关注度，同比提升 5%。大大高于第二名处理器的 17%。各个手机厂商都极为重视相机的创新。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 苹果采用， 技术商用加速 图5：手机摄像机功能成为消费者最为关注的因素 数据来源：中关村在线，东方证券研究所 3D 深度相机成为下一阶段相机创新的重点方向之一。从 2000 年夏普首次将相机和手机相结合以后，手机相机的创新一直以惊人的速度在前进，主要可分为以下4个阶段：1）相机和手机相结合，手机具备照相功能，此后相机模组尺寸不断减小，像素不断提高；2）前置摄像头添加，像素不断提高，自拍功能不断完善；3）双摄和三摄突破单相机瓶颈，夜视暗拍、大光圈、潜望式、超广角功能不断提升相机性能；4）3D深度相机带来立体视觉，增加了脸部解锁、支付、测距等功能。苹果在 2017 年开创了前置 3D 深度相机的先例，各大手机厂商不断尝试后置 3D 相机的应用，苹果新款iPad Pro正加速后置3D相机的推进。 图6：3D深度相机是相机创新的一大重要方向 数据来源：Yole、东方证券研究所 全球 5G和AI 商用时代已经开启，3D深度相机作为AR的基础，有望迎来快速渗透。5G时代，宽带增强和实时通信等特点有助于AR/VR走向云端，能降低设备的要求，同时AI算法和硬件的成熟，将会进一步助推内容的完善。TOF 能提供 3D 拍照、3D 识别和 3D 建模等功能，是 AR 的基础。根据IDC报告，全球AR/VR支出规模在2019年达到168亿美元，在2023年将达到1600亿美元，AR/VR支出规模在2019到2023年间复合年增长率（CAGR）将达78%。IDC还预测中国HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 苹果采用， 技术商用加速 市场 AR/VR 支出规模增长更快，2023 年，中国 AR/VR 市场支出规模将达到 652.1 亿美元，较2019年的预测（65.3亿美元）有显著增长。2018-2023年CAGR将达到85%。ToF有望享受AR成长带来的红利。 图7：全球5G商用时代开启 图8：2018-2023中国AR/VR支出规模预测 数据来源：前瞻研究院、东方证券研究所 数据来源：IDC、东方证券研究所 根据Yole报告，2018年3D传感技术市场规模为37.43亿美元，预测2023年为186.14亿美元，CAGR为38%。其中增长最快的属于消费电子，主要归功于几大手机厂商的应用。消费电子领域，2018年市场规模为18.1亿美元，预计2023年为137.7亿美元，CAGR超过50%。 图9：3D传感技术市场规模快速增长（百万美元） 数据来源：yole,东方证券研究所 2. 3D ToF技术优势突出，后置前景广阔 深度3D传感技术根据工作原理可以分为三种：RGB双目、TOF和结构光。RGB双目技术算法要求高，并容易受光线影响，在较暗或者高度曝光的情况下效果都非常差，因此很少被采用。目前应用比较多的是TOF和结构光。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 苹果采用， 技术商用加速 TOF（time of flight）技术工作原理是通过泛光照明器（固态激光器或者LED）发射近红外（850 nm或940nm）的脉冲波，脉冲波遇到物体以后反射回来，被传感器（sensor）收集到。系统通过计算sensor上每个像素脉冲波之间的频率差或时间差，再通过算法得到每个位置的精确3维深度。 结构光技术的基本原理是，通过近红外激光器，将具有一定结构特征的光线投射到被拍摄物体上，再由专门的红外摄像头进行采集。这种具备一定结构的光线，会因被摄物体的不同深度区域，而采集不同的图像相位信息，然后通过运算单元将这种结构的变化换算成深度信息，以此来获得三维结构。简单来说就是，通过光学手段获取被拍摄物体的三维结构，再将获取到的信息进行更深入的应用。 图10：3D TOF和结构光技术对比 数据来源：LUCID VISION LABS，东方证券研究所 TOF传感技术测距范围可调节，具有更远的探测能力。TOF传感技术通过计算红外光的飞行时间来计算物体的深度信息，误差主要来自装置的系统误差，误差较为恒定。而结构光的精度取决于反射光，在近距离误差较小，但是随着距离的增加，误差呈现指数增加。TOF测量距离可以调节，只要改变光学强度、光学视角、发射器脉冲频率，适合远距离体感识别，例如身体动作、手势等，也适合导航、监控、移动机器人等应用场景，潜在应用场景广阔。 图11：TOF在较深的范围内误差保持不变 数据来源：松下电器、东方证券研究所 3 D T O F （t im e -o f -f lig h t ） 结构光测量从光源发射出经目标物反射回来的时间 投射一个带图案的光，并使用图案失真来重建提供高精度的物体形状示意图技术HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 苹果采用， 技术商用加速 TOF 传感技术对算法要求低、响应更快、支持更高帧率。结构光因为需要对编码的结构光进行解码，所以复杂度要比直接测距的TOF高一些。TOF不需要后续处理，因此可以避免延迟，同时对算法要求更低。另外，TOF方案可以达到非常高的帧率，支持上百fps。结构光方案帧率会低一些，典型的是 30fps。如：Melexis MLX75023 的 TOF 传感器支持135fps。汽车辅助驾驶要求快速响应、远距离探测，3D TOF传感技术具备以上特点，因而也更适合汽车辅助驾驶，例如Melexis的MLX75027采用3D TOF技术对车内人员和物品进行监控，并具有手势检测功能。 TOF 结构简单、模组尺寸更小，材料成本更低。在红外发射端，TOF 基本不需要使用光学棱镜，而结构光需要形成特定的光学图案，因此需要添加 DOE（衍射光栅）和 lens（光学棱镜）。因此TOF的模组尺寸更小，材料成本也更低。结构光的BOM成本大约20美元，而ToF约为15美元， 中低端ToF甚至在10美元以下,ToF更具成本优势。 图12：TOF模组更小 图13：TOF技术优势更明显 数据来源：苹果公司，PMD，yole,东方证券研究所 数据来源：互联网、东方证券研究所 2017年苹果发布的iPhone X采用结构光FaceID用于人脸识别，开启了3D深度相机在手机的应用先例，在随后的iPhone XS和iPhone 11系列手机中延续了这一设计，但是结构光技术占用较大屏幕正面区域，且应用场景较少，该项技术一直未获得其他厂商的采用。新款iPad Pro的dToF发射的点光源密度远低于iPhone前置的结构光，也说明了两个技术的不同用途。 HeaderTable_TypeTitle 电子行业深度报告 苹果采用， 技术商用加速 图14：iPad Pro 2020的dToF与iPhone结构光发射红外光对比 数据来源：ifixit、东方证券研究所 ToF技术更适用于远距离识别场景，如：智能手机后置摄像头、VR/AR手势交互、汽车电子ADAS、安防监控以及新零售等等领域。未来随着技术的进一步成熟、生态逐步完善，TOF 产业有望进一步提升。 图15：TOF传感技术的应用场景 数据来源：电子发烧友，东方证券研究所 3D ToF技术在2018年就被VIVO、OPPO、荣耀的部分旗舰机所采用，随后LG、华为、三星高端旗舰机接连加入。